[发明专利]磁性石榴石单晶膜及其制法,和使用该单晶膜的法拉第转子

说明书

本发明涉及磁性石榴石单晶膜(Bi(铋)置换稀土类铁石榴石单晶膜)及其制造方法，和使用该单晶膜的法拉第转子。

在光隔离器或光循环器等的法拉第转子中使用的Bi置换磁性石榴石单晶膜，由于在用液相外延生长法进行生长时或作为法拉第转子进行研磨加工时易于裂纹，故存在着法拉第转子制作的成品率非常低的问题。对此，例如，在特开平4-139093号公报(以下，叫做文献1)中所公开的方法中，是采用使室温下液相外延生长膜的晶格常数与衬底的晶格常数一致的办法进行生长，来防止裂纹。此外，在特开平6-92796号公报(以下，叫做文献2)中所公开方法中，是使液相外延生长膜的晶格常数从膜-衬底界面开始在膜的生长方向上渐渐地增加的方法来防止裂纹。

用液相外延生长法得到的Bi置换磁性石榴石单晶膜，由于与已掺进了Ca、Mg、Zr的钆·镓·石榴石(Gd₃Ga₅O₁₂)系单晶衬底(以下，叫做CaMgZr置换GGG单晶衬底)热膨胀系数不同，在700～1000℃的温度范围内的生长中或生长结束之后的冷却中，或者在法拉第转子加工时的研磨中易于发生裂纹。

Bi置换磁性石榴石单晶膜，在生长之后，在室温下进行研磨加工作成为法拉第转子，但为了防止加工时的裂纹，就必须使衬底与单晶膜的界面附近的晶格常数一致。然而，Bi置换磁性石榴石单晶膜，由于热膨胀系数比衬底大大约20～30％，故若在室温下使衬底-膜界面附近的晶格常数一致，则在700～1000℃的生长温度下单晶膜的晶格常数将变成为衬底的晶格常数大。为此，衬底和单晶膜在生长中将发生膜一侧变成为凸状的挠曲。

如在文献1中所公开的那样，在室温下在衬底上边生长使膜与衬底的晶格常数一致，且全部的晶格常数都具有恒定值的单晶膜的情况下，该凸状的挠曲随着单晶膜厚度变厚而增大，在单晶膜厚度变成为衬底厚度的大约一半的厚度时具有最大的挠曲。当因进一步生长而使膜厚超过了衬底的厚度的大约一半时，凸状的挠曲虽然不再增大，但在膜表面上则发生同心圆状的裂纹。为此制作法拉第转子的成品率下降。

于是，若使用具有制作法拉第转子所需要的膜厚(法拉第转子厚度+研磨厚度)的大约2倍以上的厚度的单晶衬底来生长单晶膜，则可以防止同心圆状的裂纹的发生。但是，由于因单晶膜的生长条件或衬底晶格常数的不均一而产生的衬底-膜界面的微小的晶格常数的偏差，如果单晶衬底变厚，在生长中或生长结束后的冷却时，在衬底-膜界面处易于发生裂纹，成为使法拉第转子制作的成品率降低的根由。

因此，就如在文献1中所提出的那样，当用室温下使单晶衬底与单晶膜的晶格常数一致，且使膜全体的晶格常数变成为恒定这样的方法尝试进行外延膜的生长时，若使衬底厚度变薄，则将产生同心圆裂纹，若使衬底厚度加厚，则将在衬底-膜界面处产生裂纹。结果是不能避免法拉第转子制作的成品率降低的问题。

此外，在文献2中报道的方法是，使单晶膜的生长膜厚变厚，同时使晶格常数渐渐增大来抑制在膜表面上发生的同心圆状的裂纹。如果在室温下使衬底-膜界面处的晶格常数一致，则在生长温度中单晶衬底与单晶膜将变成为凸状。于是，与单晶膜的膜厚变厚相吻合地使单晶的晶格常数增大，与在生长中发生的挠曲相吻合地生长凸状的单晶膜。

这样一来，就可以用在文献1中所述的方法除去在使用薄的衬底的单晶膜的生长时成为问题的同心圆裂纹。此外，若用文献2的方法用薄的衬底进行生长，则不会产生在用厚的衬底生长时成为问题的衬底-膜界面处发生的裂纹。因此，文献2的方法与文献1的方法相比较，在单晶膜的生长和冷却的工序中对于裂纹的除去是有效的。

但是，如用这样的操作来抑制裂纹，则单晶膜将变成为凸状，在冷却到室温后仍将保持具有凸状挠曲的状态。由于单晶衬底的形状是平滑的圆板，故若在单晶衬底上边外延生长凸状的磁性石榴石单晶膜，则在衬底与膜之间内部存在着应力的同时，在室温下将变成为具有某些凸状的形状。为此，在进行单晶膜的研磨加工时，由于内部存在着的应力，故将会发生裂纹。结果是使制作法拉第转子的成品率降低。

本发明的目的在于提供在膜生长中或冷却中或者在研磨加工中难于产生裂纹的磁性石榴石单晶膜及其制造方法。

此外，本发明的目的还在于提供可以以高的成品率使用在膜生长中或冷却中或者在研磨加工中难于产生裂纹的磁性石榴石单晶膜制作的法拉第转子。

本发明的目的是通过具有下列特征的磁性石榴石单晶膜完成的，即，以向着膜生长方向晶格常数恒定、或慢慢减少，然后再增加的方式进行成膜。